預分解窯“恒溫平衡”操作技術

趙曉東

（重慶電子工程職業(yè)學院，重慶 401331）

0 前 言

自1985年以來，中國的水泥生產(chǎn)總量已經(jīng)連續(xù)33年居世界第一位，水泥的產(chǎn)銷量約占世界的60.00%。截至2017年底，中國擁有7條10 000t/d、6條12 000t/d預分解窯熟料生產(chǎn)線，是世界上擁有萬噸生產(chǎn)線最多的國家；預分解窯生產(chǎn)的水泥總量達到22億噸，低溫余熱發(fā)電裝機總?cè)萘窟_到6 000MW，形成了完善的預分解窯水泥生產(chǎn)工業(yè)體系[1]。但由于錯誤的操作技術，約70%的水泥企業(yè)能耗偏高、能源利用率偏低，只有30%水泥企業(yè)的水泥單位產(chǎn)品能源消耗水平接近或達到GB16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》標準。采用“恒溫平衡”操作技術，有利于提高預分解窯的熟料產(chǎn)量與質(zhì)量，降低熟料標準煤耗。

1 堅持“五穩(wěn)保一穩(wěn)”的操作原則

預分解窯的操作原則是“五穩(wěn)保一穩(wěn)”，其中的“五穩(wěn)”就是入窯生料化學成分穩(wěn)定、生料喂料量穩(wěn)定、燃料成分（熱值、煤的灰分及水分等）穩(wěn)定、燃料喂入量穩(wěn)定和設備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定；“一穩(wěn)”就是窯煅燒系統(tǒng)的熱工制度穩(wěn)定。預分解窯采用了懸浮預熱和窯外分解技術，預熱器內(nèi)的生料吸熱速度快，分解爐內(nèi)的生料發(fā)生分解反應速度快，入窯的生料分解率≥95%，且在窯內(nèi)停留時間短，對熱工制度的波動極為敏感，一旦熱工制度不穩(wěn)，輕者擾亂正常的煅燒秩序，影響熟料產(chǎn)量和質(zhì)量，重者使預熱系統(tǒng)產(chǎn)生“結皮堵塞”，甚至發(fā)生設備及人身安全事故。

2 保持預分解窯的風量平衡

預分解窯煅燒所用的風量決于窯爐的煤量，窯爐的煤量取決于入窯的生料量，窯速的快慢取決于生料在窯內(nèi)的煅燒狀況。保持預分解窯的風量平衡，就是實現(xiàn)風、煤、料及窯速的最佳匹配，使窯系統(tǒng)的氣體流場、溫度場、壓力場等穩(wěn)定在一個平衡范圍內(nèi)。

預分解窯系統(tǒng)的用風包括一次風、二次風、三次風及篦冷機的余風等，其作用與控制調(diào)節(jié)分述如下。

2.1 一次風的作用及調(diào)節(jié)

從煤粉燃燒器入窯的風叫一次風。一次風量占總風量的4%～8%，主要作用是輸送煤粉，同時還供給煤的揮發(fā)分燃燒所需的氧氣。一次風溫度不能高于140℃，而二次風溫度可以高達1 200℃，所以一次風量不宜過多，否則影響二次風量。多通道煤粉燃燒器的外直流風速可達400m/s，內(nèi)旋流風速可達200m/s，具有很高的沖量，有利于促進煤粉的快速燃燒。

2.2 二次風的作用及調(diào)節(jié)

從冷卻機入窯的風叫二次風，其作用主要是供給入窯煤粉固定碳燃燒所需的氧氣。二次風溫一般在1 000℃～1 200℃，通過調(diào)節(jié)窯尾縮口的閥門開度控制入窯風量。增加窯尾縮口的閥門開度，二次風量增加、二次風溫降低，窯尾氣體的O2含量增加；但三次風量減少、三次風溫降低，分解爐出口廢氣中的O2含量降低。反之亦然。

2.3 三次風的作用及調(diào)節(jié)

從三次風管入分解爐的風叫三次風，其作用主要是供給入爐煤粉固定碳燃燒所需的氧氣。三次風溫一般900℃左右，通過三次風管上的閥門開度控制入爐風量。增加三次風閥門開度，三次風量增加、三次風溫增加，分解爐出口廢氣中的O2含量增加；但二次風量減少、二次風溫降低，窯尾廢氣中的O2含量降低。反之亦然。

2.4 篦冷機的余風及調(diào)節(jié)

從篦冷機排出的不用作二次風、三次風、煤磨烘干用風和AQC鍋爐用風的多余氣體，叫篦冷機的余風，通過調(diào)節(jié)窯頭排風機的轉(zhuǎn)速和入口風門開度來控制。增大窯頭排風機的轉(zhuǎn)速或入口風門開度，窯頭罩負壓值增加，二次風量和三次風量減小，余風量增加、溫度升高。反之亦然。

2.5 窯爐風量平衡的判定及調(diào)節(jié)

根據(jù)窯尾及分解爐出口廢氣溫度與O2含量判斷窯爐用風量是否平衡。窯爐風量平衡時，窯尾廢氣溫度一般在1 000℃～1 150℃，O2含量一般在1.50%～2.50%；分解爐出口廢氣溫度一般在880℃～900℃，O2含量一般在2.00%～3.00%。如果分解爐用風量過大，則分解爐出口廢氣中的O2含量偏大，窯尾O2含量偏小，這時就要減小三次風閥門開度，或增大窯尾縮口閥門開度，使窯爐用風量達到平衡[2]。

2.6 系統(tǒng)總用風量的調(diào)節(jié)與控制

如果預熱系統(tǒng)產(chǎn)生塌料、窯頭回火、C1預熱器出口廢氣溫度偏低、C1預熱器出口負壓降低等現(xiàn)象，說明系統(tǒng)總風量不足，應該增大窯尾排風機的轉(zhuǎn)速，或增大窯尾排風機的進口閥門開度；如果發(fā)生C1預熱器出口廢氣溫度升高、C1預熱器出口負壓增大等現(xiàn)象，說明系統(tǒng)總風量過大，應該降低窯尾排風機的轉(zhuǎn)速，或減小窯尾排風機的進口閥門開度。

3 正確使用煤粉燃燒器

多通道煤粉燃燒器的煤風和凈風，從各自通道分別噴入窯內(nèi)，利用它們之間的速度差，強化風、煤的混合程度，提高煤粉的燃燒速度。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)風，在燃燒器出口火焰的中部形成一個強大負壓區(qū)，使高溫氣體產(chǎn)生回流，有力于緩解火焰中心缺氧，有利于煤粉的烘干和燃燒。高速直流噴射的外風，在燃燒器出口火焰的周圍形成一個強大負壓區(qū)，卷吸二次風聚攏火焰的根部，強化煤粉的燃燒。

正確使用多通道煤粉燃燒器，在窯內(nèi)形成穩(wěn)定的燃料燃燒條件和傳熱條件，為穩(wěn)定預分解窯的熱工制度創(chuàng)造條件。

3.1 燃燒器的位置

燃燒器的端面在窯口外面，受二次風強烈的沖擊、擾動影響，火焰極易發(fā)散、不集中。燃燒器的縱向中心位置越接近料層，越容易產(chǎn)生還原氣氛。因為噴嘴靠近料層，火焰與物料表面之間的距離變小，氧氣含量相對不足，在物料表面產(chǎn)生嚴重的還原氣氛；同時，未燃或正在燃燒的炭粒又容易掉落在熟料中，減少了與氧氣的接觸機會，容易發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象。燃燒器的縱向中心位置在窯截面中心以上，有利于減少煤粉掉落熟料的機率，提高煤粉的燃盡率；有利于生料吸收火焰及窯皮的熱量，提高生料的升溫速率；有利于火焰前部熱氣流吹向生料上方，提高生料的前移速度，充分利用新生態(tài)氧化物的反應活性，提高液相CaO的吸收速度，促進C3S的形成，改善熟料的結構，提高熟料的易磨性及強度。

根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，燃燒器的理想位置應該是：燃燒器的縱向中心位置定位在0mm，30mm～50mm，端面位置伸進窯內(nèi)大約100mm～200mm，形成的火焰“直”、“短”、“有力”[3]。

3.2 內(nèi)風、外風比例的調(diào)節(jié)與控制

燃燒器的內(nèi)風用來調(diào)節(jié)火焰的粗度，外風用來調(diào)節(jié)火焰的長度。燃燒器內(nèi)風、外風的比例控制一定要準確，否則不但影響風煤的混合，更影響煤粉的燃燒。以調(diào)節(jié)閥門開度的辦法改變內(nèi)風、外風的比例盡管很方便，但實際誤差卻很大，不能有效地調(diào)節(jié)火焰的形狀。正確的方法是通過調(diào)節(jié)內(nèi)風、外風的壓力值，控制內(nèi)風及外風的比例，比如內(nèi)風壓力控制在20kPa～22kPa，外風壓力控制在24kPa～26kPa[4]。

3.3 煤風、中心風比例的調(diào)節(jié)與控制

煤風和中心風的比例，可以采用調(diào)節(jié)閥門開度的辦法，比如煤風的閥門開度控制在50%～55%，中心風的閥門開度控制在35%～40%。

4 保證分解爐的用風量，實現(xiàn)燒成帶恒溫煅燒

預分解窯的通風阻力遠遠小于三次風管，因此窯內(nèi)通風比較容易保證，分解爐內(nèi)通風就不容易保證。為了充分發(fā)揮分解爐的功效，保證入窯生料的分解率≥95%，就要增大三次風管的閥門開度，增大分解爐的用風量，提高煤粉的燃燒速率。但大多數(shù)預分解窯三次風管的閥門開度超過60%，都會出現(xiàn)窯內(nèi)通風明顯不足的現(xiàn)象，這時可以通過調(diào)整燃燒器的內(nèi)風及外風比例，使火焰達到正常燃燒時的長度，火焰在長度方向上的溫度差變小，幾乎接近恒溫。生產(chǎn)實踐證明，采用恒溫煅燒制度，燒成帶的溫度穩(wěn)定，熟料的f-CaO含量波動小、質(zhì)量穩(wěn)定、易磨性好、強度高，窯尾廢氣中NOx濃度降低，有利于降低系統(tǒng)脫硝成本。所以三次風管的閥門開度最好控制在70%～90%。

5 穩(wěn)定窯頭罩的負壓和溫度

窯頭罩是整個煅燒系統(tǒng)所用風量的平衡點。窯頭罩負壓反映篦冷機鼓風量、入窯二次風、入爐三次風、煤磨烘干熱風、篦冷機余風之間的平衡關系。調(diào)節(jié)窯頭罩壓力目的，在于防止窯頭冷空氣侵入窯內(nèi)、熱空氣及粉塵溢出窯外。正常生產(chǎn)條件下，窯頭罩呈微負壓，不允許出現(xiàn)正壓，否則影響窯內(nèi)火焰的完整形狀，損傷窯皮，影響入窯二次風量，熟料細粒、顆粒向窯外溢出、噴出，加劇窯頭密封裝置的磨損，惡化現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生，影響比色高溫計及電視攝像頭的使用效果。窯頭罩負壓值在30Pa～50Pa之間，說明入窯的空氣量充足，煤粉的燃燒條件能夠得到保證。通過增加窯尾排風機的風量、減小篦冷機一室的鼓風量等操作方法使窯頭罩負壓值增加，反之亦然。但不能隨意調(diào)整窯頭排風機的風量，否則會影響入窯二次風量及入爐三次風量，影響窯爐內(nèi)煤粉的燃燒。窯頭罩正壓過高時，熱煙氣及粉塵向外溢出，增加能耗、污染環(huán)境，不利于人身安全。窯頭罩負壓過大時，增加窯的漏風量，窯內(nèi)容易產(chǎn)生還原氣氛。

窯頭罩的溫度就是二次風的溫度，其值穩(wěn)定在≥1 150℃時，說明熟料的急冷效果比較理想，入窯煤粉的燃燒條件和傳熱條件比較理想，這時適當增加用煤量，可以取得事半功倍的燃燒效果。

穩(wěn)定窯頭罩的負壓和溫度，就能穩(wěn)定煤粉的燃燒條件和傳熱條件，就能穩(wěn)定窯的熱工制度，避免窯內(nèi)產(chǎn)生結圈、預熱器發(fā)生結皮與堵塞等工藝故障，實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保”的最佳生產(chǎn)效果。

6 結 語

采用“恒溫平衡”操作技術，預分解窯生產(chǎn)的熟料質(zhì)量穩(wěn)定、強度高、標準煤耗降低，生成的NOx濃度降低，有利于實現(xiàn)節(jié)能降耗。

[1] 趙曉東.中國水泥工業(yè)的進步及發(fā)展方向[J] .中國水泥，2017，（12）：48-54.

[2] 趙曉東.預分解窯風量的調(diào)節(jié)與控制[J] .水泥工程，2016，（4）：48-53.

[3] 趙曉東.正確使用四風道煤粉燃燒器[J] .水泥工程，2016，（12）：35-38.

[4] 趙曉東.正確使用四風道煤粉燃燒器[J] .水泥工程，2016，（12）：35-38.